Μαγικό θερμομονωτικό υλικό - Aerogel

Η επιφάνεια του Άρη είναι πολύ πιο δροσερή από τη Γη, με ελάχιστη θερμοκρασία κάτω από -100°C. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, πώς το ρόβερ λύνει το πρόβλημα της θερμομόνωσης;

Στην πραγματικότητα, τα διαστημόπλοια σε τροχιά γύρω από τη Γη και οι ανιχνευτές στη σεληνιακή επιφάνεια αντιμετωπίζουν επίσης σκληρά περιβάλλοντα θερμοκρασίας. Προκειμένου να διατηρηθεί ο εξοπλισμός των διαστημικών σκαφών που λειτουργεί σε ένα σχετικά άνετο περιβάλλον θερμοκρασίας, γενικά τοποθετώντας στο διαστημικό σκάφος ένα είδος μόνωσης που ονομάζεται πολυστρωματικά θερμομονωτικά εξαρτήματα "Ρούχα" έτσι ώστε το διαστημικό σκάφος να μην επηρεάζεται είτε το εξωτερικό περιβάλλον είναι κρύο είτε ζεστό.

Ωστόσο, το πολυστρωματικό θερμομονωτικό στοιχείο έχει καλή απόδοση θερμομόνωσης μόνο σε κενό. Στο περιβάλλον αερίου διοξειδίου του άνθρακα περίπου 800Pa στην επιφάνεια του Άρη, το θερμομονωτικό του αποτέλεσμα χάνεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ρόβερ πρέπει να είναι μονωμένο με αερογέλη.

Το Aerogel είναι ένα νανοπορώδες στερεό υλικό στο οποίο το μέσο διασποράς είναι αέριο και τα κολλοειδή σωματίδια ή τα μόρια πολυμερούς συγκεντρώνονται σε μια δομή δικτύου. Η βασική διάμετρος σωματιδίων της δομής του δικτύου αερογέλης είναι 1-20 nm και το μέγεθος των πόρων είναι 1-100 nm. Δεδομένου ότι το μέγεθος των πόρων στο υλικό είναι μικρότερο από τη μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων αέρα, η μεταφορά αερίου μπορεί να κατασταλεί αποτελεσματικά.

Λοιπόν, τι είναι τόσο μαγικό για τις αερογέλες;

1) Καλή απόδοση θερμομόνωσης

Η θερμική αγωγιμότητα του PTFE που χρησιμοποιείται για τη θερμομόνωση είναι 0,27W/(m•K), ενώ η θερμική αγωγιμότητα των νανο-αερογελών είναι γενικά 0,02W/(m•K), η οποία είναι μόνο το 1/13 αυτής του PTFE. . Αυτό συμβαίνει επειδή το αέριο διοξείδιο του άνθρακα είναι στάσιμο σε μικρά κενά στην αρειανή ατμόσφαιρα, έτσι ώστε να μην μπορεί να αναπτυχθεί μεταφορά θερμότητας. Η μικροδομή της αερογέλης είναι σχετικά λεπτή και η διαδρομή μεταφοράς θερμότητας είναι μεγάλη, γεγονός που μειώνει την ικανότητα αγωγιμότητας θερμότητας. Ως εκ τούτου, το υλικό νανο-αερογέλης χαμηλής πυκνότητας είναι το καλύτερο θερμομονωτικό υλικό για το σύστημα θερμικού ελέγχου του ρόβερ του Άρη.

(2) Μικρό βάρος

Η πυκνότητα του σιδήρου είναι 7800kg/m3, πράγμα που σημαίνει ότι 1 κυβικό μέτρο σιδήρου ζυγίζει 7,8 τόνους. η πυκνότητα του αέρα είναι 1,29kg/m3, πράγμα που σημαίνει ότι 1 κυβικό μέτρο αέρα ζυγίζει 1,29 κιλά. Η πυκνότητα της αερογέλης που χρησιμοποιείται από το ρόβερ του Άρη είναι 30kg/m3, που είναι περίπου 23 φορές μεγαλύτερη από αυτή του αέρα. Κατά τη διάρκεια της παραγωγής αερογέλης, το υγρό στο πήκτωμα αντικαθίσταται από αέριο, σχηματίζοντας πολλές οπές και δομικά κύτταρα, οπότε η πυκνότητα είναι εξαιρετικά χαμηλή.